本文系统阐述了HiFi测序在推进我们对人类大脑，尤其是自闭症理解方面的最新进展。几项新的研究利用长读长数据探索了以往难以触及的基因组区域，包括片段重复、重复 DNA 和复杂的结构变异。从揭示在研究广泛的自闭症基因中隐藏的突变，到绘制可能塑造大脑进化的人类特异性基因扩增图谱，研究人员正在构建更清晰、更完整的遗传变异图景。通过将定相基因组、甲基化分析和靶向捕获测序相结合，这些团队突破了短读长的限制，识别出与发育和疾病相关的罕见变异。

人类特异性基因扩增有助于大脑进化

在这项研究中，来自加州大学戴维斯分校、华盛顿大学、美国国立卫生研究院、伦敦大学学院和英国的研究人员创建了“研究人脑进化的基因扩增驱动因素的综合资源”。

• “在SD98 区域（即与其它基因组区域具有 98%以上序列一致性的人类常染色体序列）中，仅有 10%能够被短读长技术所“访问”，这导致检测变异的灵敏度低于 10%，并且还会减少全基因组关联研究的阳性结果数量。”

• 利用 T2T-CHM13 参考基因组，研究人员鉴定了 213 个重复的人类特异性基因家族和 1,002 个旁系同源物作为人类特异性重复基因——与之前的研究相比增加了 5 倍。

• 该研究对 13 个人类特有的重复基因家族（共 30 个同源基因）进行了分析，并指出“由于这些同源基因的高度相似性，它们中没有一个完全位于短读长可访问的基因组区域内。”这包括了 112 个 HGSVC 和 HPRC 单倍型，以及对 172 名个体进行的基于探针的靶向测序，其中：

“发现了一些隐藏的变异”

“展示了长读长数据在揭示自然选择所遗留的隐性特征方面的有效性”

“发现两个新基因可能与人类大脑的标志性特征存在关联”

• “使用 T2T-CHM13 基因组发现的变异能够识别人类重复基因，这些基因可能有助于解析以前在全基因组检测中未识别的性状和疾病”。例如：“我们的分析确定了 231 个 SD98 基因（110 个人类重复的旁系同源基因）在富集自闭症基因的模块中共同表达，其中包括与疾病相关的基因组热点中的几个。

HiFi 数据在两个关键方面对这项研究至关重要：（1） 使 T2T-CHM13 组装能够识别新的人类重复基因——其中超过 30% 在 GRCh38 参考基因组中缺失；（2）使用靶向捕获来发现SD之间隐藏的变异，揭示进化选择特征。该资源为未来对人群和疾病队列（尤其是自闭症）的长读长变异研究铺平了道路。据作者介绍，单细胞 Kinnex 试剂盒也在他们的考虑范围内，以便更准确地定义表达和异构体谱。

泛基因组发现缺失的自闭症变异

在这份预印本中，来自华盛顿大学、中国、加州大学旧金山分校、纽约大学、贝勒大学以及德克萨斯州儿童医院的研究人员报告了相关研究结果：“强调了区分单倍型的基因组组装发现更复杂的致病性突变的潜力，以及泛基因组在将临床评估的重点限制在越来越少的单个变异上的能力。”

• 作者为来自 51 个自闭症病例未解决家庭的 189 名个体生成了“区分单倍型且接近完整的基因组组装（平均contig N50=43 Mbp，QV=56）”。

• 利用 HPRC/HGSVC 泛基因组过滤掉常见的SV，促进潜在致病变异的识别，“基本上排除了99%的更常见变异，使我们能够专注于每个儿童的202个个体或新生SV变异。”

• 通过这种方法，“确定了三种致病变异以及九种候选的新生和双亲纯合SVs，其中大部分是短读长测序所遗漏的。”例如：

SYNGAP1 中的新生终止突变：“在之前对该家族的三项 SRS 分析中未报告。

MECP2中存在一个 874 bp的新生缺失突变：“此前在三轮临床检测中均未被发现。”

“要全面揭示导致自闭症的基因突变情况，就需要采用诸如 LRS 之类的先进测序技术。”

家系长读长测序显示重复DNA的种系和合子后突变率增加 

在这篇预印本中，来自华盛顿大学的研究人员发现“与之前基于 Illumina 的研究相比，长读长测序（LRS） 将新生突变（DNM）的发现提高了 20-40%。

• 在这项研究中，“HiFi数据来自42个患有单纯性自闭症的家庭的157个样本的血液和细胞系。

• 该团队“在每个孩子中平均发现了 95.3 个 DNM事件——与早期对相同样本的短读长研究相比，每个样本中 DNM 的发现数量增加了 20%至 40%”，“并且使在胚胎发育早期出现的 PZM（合子后突变）的可发现数量超过了两倍。”

• 作者指出：“LRS 的另一个主要优势是能够定相变异，将它们明确地分配给亲本单倍型。如果没有谱系信息，短读长数据通常可用于定相 20% 的 DNM 调用，但我们能够分别定相 97.7% 和 97.0% 的常染色体 SNVs 和indels。

• “重复 DNA 类型的突变率显著增加，其中，片段重复（SD）突变与片段重复的长度和同源性百分比有关。”

这项研究进一步证实了高精准长读长HiFi测序技术的强大作用，它能够比短读长技术更有效地发现大量的新生突变和合子后突变，同时还能在无需家系数据的情况下实现准确的变异定相。由于能够近乎完全解析变异情况，即便是SD 这样的重复区域，HiFi测序也能提供所需的清晰度，从而推动自闭症遗传学研究向前发展。

长读长基因组测序阐明了自闭症结构和重复变异的多种功能影响

在这份预印本中，来自加州大学圣地亚哥分校和 Rady's 的研究人员展示了“长读长全基因组测序 （LR-WGS） 如何在一次检测中解析复杂的遗传变异及其功能影响和调控作用。”

• 对来自 63 个自闭症谱系障碍家庭的 243 名个体（158 名HiFi测序，109 名 ONT 测序）进行了长读长全基因组测序（LR-WGS），使得基因破坏性 SVs 和 TRs 的检出率分别提高了 29% 和 38%。

• 报道了“鉴定出此前短读长全基因组测序未检测到的新型外显子生殖细胞和体细胞新生结构变异”。

• 发现“罕见的SVs、TRs以及有害SNVs共同占自闭症遗传变异总比例的 6.2%……（其中SVs所占比例最大）”。

• 强调“LR-WGS 具有关键优势。其中包括精细结构特征的精确分辨率、改进复杂重排的表征，以及以单单倍型分辨率联合分析遗传变异和 DNA 甲基化的能力。”

这项研究强调了 LR-WGS（尤其是 HiFi测序）在发现短读长遗漏的新型种系和体细胞变异方面的能力，同时改进了对 ASD 遗传力有意义的 SVs 和 TRs 的检测。借助在同一单倍型上分析基因变异和 DNA 甲基化的能力，HiFi测序为在单一检测中提供复杂变异的更完整和功能性的视图提供了可能。

本期亮点是 HiFi 测序如何帮助研究人员发现短读长测序方法遗漏的疾病相关变异，即使在经过多轮临床测试的家庭中也是如此。通过访问以前未知的基因组区域，这些团队正在突破自闭症研究和神经发育生物学中长期存在的障碍。

更广泛地说，他们展示了长读长测序和泛基因组参考的结合如何更容易识别致病性变异并更好地了解跨人群的遗传风险。正如一个团队所说：“随着人类泛基因组的不断增长和更完整的遗传信息的出现，发现致病变异的潜力将会增加。

HiFi 测序正在将这种潜力变为现实，使临床研究变得清晰，并提出我们现在能够更好地回答的新问题。